면상발열 기술 전문기업 엠셀(대표 지승현)이 가천대학교, 인천대학교, 미국 오번대학교(Auburn University) 연구진과의 공동 연구를 통해 전기차 실내 난방용 '자가온도제어 고분자–탄소나노튜브(CNT) 복합 섬유 히터'를 개발했다고 23일 밝혔다. 해당 연구 성과는 국제 학술지 '폴리머스'(Polymers) 2026년 18권에 게재됐다.
이번 연구는 산업통상자원부 산업기술혁신사업(소재부품패키지형·선도기업)의 지원을 받아 '미래 모빌리티(EV·Electric Vehicle)용 고기능성 메타아라미드(meta-aramid) 섬유 기반 130℃ 자가온도제어 저전력 고온 발열 소재 및 응용제품 개발' 과제로 수행됐다.
전기차는 내연기관차와 달리 엔진 폐열을 활용하기 어려워 배터리 전력으로 실내 난방을 가동하기 때문에 겨울철 주행거리가 크게 감소하는 한계가 있다. 기존 세라믹 PTC 히터는 공기를 데워 전달하는 방식으로 열 손실이 크고, 소재 특성상 곡면 내장 부품에 적용하기 어려웠다.
연구진은 온도가 상승하면 전기저항이 증가해 발열량이 제어되는 PTC 고분자 잉크에 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)를 혼합한 복합 잉크를 개발했다. 이를 400℃ 이상에서도 안정성을 유지하는 내열·난연 소재 메타아라미드 섬유에 코팅하는 방식으로 유연성을 확보했다.
실험 결과, 최적화된 복합 섬유 히터는 24V 전압에서 약 130℃에 도달한 뒤 별도의 제어장치 없이도 과열 없는 안정적 온도를 유지했다. 5000회 굽힘 시험 후 저항 변화율은 1% 미만으로 집계됐으며, 10회 세탁 후에도 저항 변화율이 5% 이내로 내구성과 안전성이 검증됐다. 난연성 시험에서는 약 248℃의 고온 환경에서도 발화나 탄화 없이 형태 변형에 그쳤다.
실제 차량 실내 환경을 모사한 챔버 시험에서는 200W 공칭 전력 조건에서 개발 히터(상단 장착)가 챔버 평균 온도를 16.0℃ 올려, 기존 상용 세라믹 PTC 히터(13.0℃) 대비 약 23% 높은 승온 효과를 보였다. 100W 저전력 조건에서도 평균 승온 능력이 상용 히터 대비 약 32% 우수한 것으로 나타났다.
이는 기존 공조(HVAC) 시스템을 보완해 탑승자와 인접한 내장재 표면에서 직접 열을 전달하는 분산형 면상 난방 방식으로 난방 효율을 높일 수 있음을 시사한다.
독자들의 PICK!
엠셀은 이번 성과를 자사의 PTC 탄소잉크 면상발열 기술 '히트플렉스(HeatFlex™)'와 연계해 전기차 시트, 도어트림, 대시보드, 헤드라이너 등 곡면 내장 부품용 난방 모듈로 상용화를 추진할 계획이다.
지승현 엠셀 대표는 "자가온도제어 면상 난방 기술은 전기차 난방에 소요되는 에너지를 절감하는 대안이 될 수 있다"며 "국내외 대학과의 공동 연구로 소재 안정성과 난방 효율을 입증한 만큼 완성차 및 부품사와의 실차 적용 검증을 확대할 것"이라고 말했다.
한편 이번 논문에는 가천대학교 신소재공학과 강하은·최지혁 연구원이 공동 제1저자로, 엠셀 지승현 대표가 공동저자로 참여했다. 교신저자는 미국 오번대학교 김동주 교수와 인천대학교 패션산업학과 김선희 교수가 맡았다.
